Transcript VIIRUSED Koostas Kersti Veskimets

VIIRUSED
Koostas Kersti Veskimets
http://www.healthcare.uiowa.edu/labs/grose/virion.htm
Viroloogia on teadus, mis uurib viiruseid.
• Viirused ei ole rakulise ehitusega.
• Nad koosnevad ainult nukleiinhappest
(genoom) ja valkudest, moodustades
kristalli.
• Neil puudub igasugune ainevahetus, nad ei
reageeri väliskeskkonna muutustele.
• Nad ei saa ise paljuneda. Endi
paljundamiseks panevad tööle
peremeesraku, mis seejärel hävib.
• Nad on ringi rändavad “halvad uudised”…
Kas viirused on elus?
•
•
•
•
•
Ei ole ainevahetust
Ei paljune iseseisvalt
Ei ole rakulist ehitust
Ei kasva ega arene
Ehituses on olemas valgud ja
nukleiinhapped
• Muteeruvad
• Evolutsioneeruvad
Kas elusa ja elutu piirimail?
Suurus: 0,01 ... 0,3 m (3 miljondikku mm-st)
Millega on viiruseid võimalik vaadelda?
Kuju: pulkjas, kerajas, spiraalne, ...
parvoviirus
tubaka mosaiikviirus
adenoviirus
herpesviirus
papilloomviirus
bakteriofaag
Viirused jaotatakse:
DNA- ja RNA-viirused
Viirusosake ehk virioon
EHITUS:
valguline kate e. kapsiid
On alati
nukleiinhape (DNA või RNA)
ümbris – tekkinud peremeesraku membraanist
Pinnal on
antiretseptorid,
millega seostub
peremeesraku
retseptoritega
Nukleiinhape on 1- või 2-ahelaline, koosneb 1-st või mitmest
molekulist
Kapsiid denatureerub 60 – 75° C juures
RNA –viirused:
tubakamosaiigi viirus ja gripiviirus
RNA
valgumolekulid
Mõnel viirusetüübil on lipiidne kate, mille ta on
peremeesrakust kaasa võtnud.
DNA-viiruste ehitus
Bakteriofaag T4
DNA
Kapsiid
koosneb
valkudest
Vaata:
5 miljonit korda suurem bakteriofaag
Antiretseptorid
Bakterite viirused (bakteriofaagid) kinnitunud
bakterile
http://www.insectscience.org/2.10/ref/fig5a.gif
Millised geenid on viirusel?
Viiruse geenide (geoomi) ülesanded:
1. Kindlustavad viiruse genoomi paljunemise/DNA
replikatsiooni.
2. Geenid, mis toodavad ensüüme, mis mõjutavad
peremeesraku aktiivsust (endale soodsamaks).
3. Geenid, mis määravad viirusvalkude
(struktuurvalkude) sünteesi
Viiruste paljunemine
On kaks võimalust:
• LÜÜTILINE TSÜKKEL ja
• LÜSOGEENNE TSÜKKEL
Vaata: Kuidas nohuviirus meid nakatab
• Vaatame lüütilist, st. peremeesrakk
hävitatakse, see lüüsub.
Vaata T4 nakatamist:
http://www.youtube.com/watch?v=41aqxcxsX2w&NR=1
Nakatumine: viiruse antiretseptorid
haakuvad raku membraani retseptoritega
Viiruse DNA/genoom
siseneb rakku
Rakk lüüsub
Viirusosakesed pakitakse
LÜÜTILINE TSÜKKEL
Viiruse DNA
replikeerub
Transkriptsioon viiruse
geenidelt
Sünteesitakse viirusvalgud
LÜSOGEENNE TSÜKKEL
•
Algab samuti
nakatumisega.
Viiruse DNA lülitub
peremeesraku
genoomi.
Transkriptsiooni ei
toimu, viirusosakesi
ei teki.
Kui rakk pooldub,
replikeeritakse ka
viiruse DNA.
Võib üle minna
lüütiliseks.
LÜSOGEENNE
LÜÜTILINE
HI-viirus ehk HIV põhjustab AIDS-i
GLÜKOPROTEIINID
ÜMBRIS
KAPSIID
PÖÖRDTRANSKRIPTAAS
KAKS IDENTSET
RNA MOLEKULI
Retroviiruse - HI viiruse - paljunemine väga täpselt
Ka ilus HIV
HIV tsükkel
Viiruse RNA
Tsütoplasma
Tuum
DNA
ahel
Kromosomaalne
DNA
Proviiruse
DNA
DNA kaksikahel
Viiruse
RNA
ja
valgud
RNA
HIV on arenenud SIV-st - ahvide immuunpuudulikkusest.
Retroviirus – RNA-viirus, mille paljundamine
toimub pöördtranskriptaasi abil:
RNAst RNA/DNA
ja siis DNA, mis integreerub tuuma DNAga
siis tehakse viiruse RNA ja sellelt viiruse
valgud.
• Retroviirused lülituvad inimgenoomi ja
seetõttu on hulganisti nende geene meis.
Aja jooksul on nad muutunud inaktiivseks.
• 8,3% meie DNA-st on pärit viirustelt!
Nüüd on leitud ka bornaviiruse geene meie
genoomist, mis ei ole retrod.
Ühe viiruse päritoluga geen (määrab valgu
süntsütiin tekke) on aktiivne ainult
platsenta kujunemiseks - imetajate teke on
seotud kunagise viirusnakkusega?
Mida HIV nakatab?
Eestis on 2011. aasta 1. juuli seisuga aastate jooksul
diagnoositud 7 887 HIV-nakatunut
ja maailmas üle 34 000 000.
HIV - Eestis
Parem on olla HIV-ga kui ilma, sest et hiviga patsientidel on igal
aastal rohkem tervisekontrolle ja kõike muud ja nad pahatihti
elavad paremini ja kauem kui HIV-ita inimesed.
Tänapäevase antiretroviirusraviga on võimalik saavutada
viiruskoopiate arv alla 250/ml-s, mis muudab inimese 99 % mitte
nakatavaks, st saab täitsa kenasti elada.
Kui avastati, siis mine kindlasti arsti juurde!
Klassifitseerida saab ka :
tõvestava objekti alusel – bakteriviirus e. faag
taimeviirus
loomaviirus
inimeseviirus
seeneviirus
Nakatumise viisid:
piisknakkusega (gripp)
toiduga ja joogiga (A hepatiit /kollatõbi/)
koevedelikega (AIDS, B hepatiit)
haigete loomadega (entsefaliit, marutaud)
Taimedel on omad viirused
http://www.dpvweb.net/intro/index.php
Sageli hävivad saagid väga ulatuslikult.
Tsitruseliste viiruskahjustus
http://www.dpvweb.net/intro/index.php
Viiruseid levitavad taimedele
peamiselt putukad.
Papaia kahjustused viirusest.
GM-papaia jääb terveks
http://www.hciaonline.com/?page_id=53
•
http://www.papayalovers.com/papaya-ringspot-virus.jpg
Putukatel on omad viirused, enamasti nakatuvad
vastsestaadimis ja neid saab kasutada
taimekahjurite tõrjeks.
Hiljuti taasavastati männivaablase viirus
http://www.hansaplant.ee/pic.php?id=1852&catb=1
http://www.scienceinafrica.co.za/2004/june/virus.htm
Linnugripp
Geenide ülekandumine teise organismi,
viiruste abil
Viiruse
DNA
Bakteri
DNA
TRANSDUKTSIOON
Nii on geenid rännanud miljoneid aastaid…
Geenitehnoloogid kasutavad transduktsiooni,
et soovitud geene üle kanda.
Viiruse DNA-le lisatakse geen, mille ta rakku
viib. Sellist kandurviirust nimetatakse
viirusvektoriks.
Näiteks: p53 geen viidi viiruse abil kopsukasvajasse ja 64% kasvaja pidurdus.
VIROTERAAPIA viirus ise tapab haigusetekitajad.
Näiteks gripp on tapnud leukeemiat.
Kasvajas paljunevad viirused hävitavad selle rakud.
On leitud palju selektiivseid viiruseid, st nakatavad
erinevaid kudesid. Otsitakse võimalust panna need
tööle kasvajate võitmiseks. Nage eelnev näide: p53
geen viidi viiruse abil kopsu-kasvajasse.
Kuid endiselt probleemid: immuunsüsteem segab,
võivad ise haigust põhjustada, ei ole piisavalt
stabiilsed jne.
Geenitehnoloogiad on saanud edu
JX-viirusega:
Kasvajarakud moodustavad suurtes kogustes TK-ks
nimetatavat valku, seda tervetes rakkudes ei leidu.
Geenitehnoloogid muutsid JX -viirust nii, et nad saavad
paljuneda ainult nendes rakkudes, milles on TK-valk.
Viirus levib hästi vereringes ja vallutab vähirakud,
milledes paljuneb suure kiirusega ning lõpuks hävitab need.
Tervetesse rakkudesse viirus küll pääseb, kuid ei saa nendes
paljuneda ja seega ei kahjusta neid.
Et lagunevad kasvajarakud lõplikult hävitada, on JX- viirusele
lisatud signaalaine GM-CSF, mis meelitab kohale
makrofaagid, mis fagotsütoosi teel “neelavad” endasse kõik
jäägid.
VIIRUSHAIGUSTEST
Teated viirushaiguste kohta Egiptusest 3500 a. tagasi.
rõuged
ja
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Edward_Jenner.jpg
tuulerõuged
Surmajuhtumeid aastas:
HIV
1 800 000
Gripp
500 000
Marutaud 55 000
Ebola
100
Rõuged
0,
varem 2 000 000
Viirushaiguse kulgemine võib olla:
1. Äge nakkus – rakkude surm (lüütiline
tsükkel)
2. Peidetud nakkus – sarnane lüsogeensele tsüklile. (huuleohatis)
3. Krooniline ehk pidev nakkus – viiruse
omadused muutuvad kiiremini kui
organism suudab neid hävitada. (hepatiit,
AIDS)
Lisalugemised
1. Suurema niiskuse korral sadenevad viirused kiiremini , sest
on seotud suurema veepiisaga. Tulemusena ei toimu
nakatumist. Kuivas õhus püsivad peenemad osakesed (5 – 10
µm) mitmeid tunde ja nakatumine saab kogu selle aja vältel
toimuda.
2. Madalama temperatuuri korral suureneb nina lima
viskoossus limaskestal, sellega väheneb ripsepiteeli puhastav
toime.
3. Päevitamisel tekib nahas D-vitamiini, mis tugevdab
immuunsüsteemi ja inimene suudab gripiviirust efektiivsemalt
välja tõrjuda.
“Gripiviiruse levikuteed rändlindudest aerosoolini” Mari Järvelaid, Eesti Loodus 1/2010 lk 24 – 27
Mis kaitseb meid viiruste eest?
IMMUUNSÜSTEEM, mille moodustavad valged
vererakud:
Eristatakse kahte põhilist rühma:
1) B-lümfotsüüdid, valmivad luuüdis (bone) toodavad
antikehi
2) T-lümfotsüüdid,
(tüümuses) lagundavad valesid
valke tootvaid rakke.
Eraldi grupi moodustavad veel fagotsüüdid (siia
kuuluvad ka makrofaagid ja õgirakud).
Osaleb 1012 valget vererakku ning 1015 spetsiaalset valgumolekuli!
Antikeha ehitus
Antigeen on võõras
aine organismis.
Antikeha seostub ainult
selle antigeeniga,
mille vastu ta on
valmistatud.
http://images.google.ee/imgres?imgurl=http://antibody2.com/antibody_files/255pxAntibody.png&imgrefurl=http://antibody2.com/&usg=__Uuz6PRR84SAiEunWBBCm9dJXsk=&h=360&w=255&sz=12&hl=et&start=10&um=1&tbnid=qk0_gygfpbsZaM:&tbnh=121&tbnw=86&prev=/images
%3Fq%3Dantibody%26hl%3Det%26lr%3D%26sa%3DN%26um%3D1
T-lümfotsüüt
Viirustega nakatunud
keharakk
“Vaenlast” äratundvad
graanulid
Rakk sureb koos
viirustega
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Cytotoxic_T_cell-tr.jpg
B-lümfotsüüt
T-lümfotsüüt
Makrofaag
Vaktsineerimine
…on immuunvastuse esilekutsumine.
Vacca – lehm
• Vaktsiiniks on mingi osa haiguse-tekitajast,
näiteks osa tema DNA-st või mõni valk ehk
antigeen. Antigeen vallandab immuunrakkude
aktiivsuse, tekivad B-mälurakud ja edaspidi ei
haigestu.
• Varem kasutati “nõrgestatud” haiguse-tekitajaid.
18. saj. Inglismaal teati, et lüpsinaised ei haigestu
rõugetesse.
Talumees Benjamin Jesty otsustas ja nakatas oma naist ja
last lehma mädavilli vedelikuga (torkas sukanõelaga).
Jäid edaspidi terveks.
1796 a. tehti esimene inimese vaktsineerimine
lehmarõugete seerumiga - E. Jenner nakatas 8-a
poissi lehmarõugetega ja 6 nädalat hiljem rõugetega.
Eestisse jõudis
lehmarõugetega
vaktsineerimine
juba 1800. a.
1799.a oli juba 100 000 inimest
vaktsineeritud!
Rõuged on 1979.a.
likvideeritud
Edward Jenner (1749 - 1823)
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Edward_Jenner.jpg
Louis Pasteur (1822-1895): marutaudi põhjustab viirus.
Töötas välja marutõvevastase vaktsiini.
Inimeste vaktsineerimine
marutõve vastu 1885.
Lisalugemised
Uued võimalused :
• patsiendi verest eraldatakse dendriitrakud, mida inkubeeritakse koos
erilise, ainult vähirakkudele omase antigeeniga. Rakud võtavad antigeeni
enda sisse, küpsevad ning hakkavad seda oma pinnal esitlema (1p).
Seejärel viiakse rakud tagasi patsiendi organismi, kus need liiguvad juba
lümfoidorganitesse ning annavad seal Tlümfotsüütidele antigeeni
esitlemisega edasi signaali rünnata rakke, kust seda antigeeni leida võib.
Selle kõige tulemusena hakkab omandatud immunsüsteem aktiivselt
kasvajarakke ründama ja haiguse vastu võitlema(1p)
• 2) Sama mehhanismi kasutades on dendriitrakke võimalik rakendada ka
näiteks viiruste vastasel vaktsineerimisel. Võrdluseks, traditsioonilisemate
vaktsineerimismeetodite puhul viiakse organismi üldjuhul kas nõrgestatud
patogeen või isegi spetsiifilised antigeensed molekulid. Immuunsüsteem
peab seejärel ise vaktsiini üles leidma, ära tundma ja vastuse
indutseerima.
Dendriitrakkudega immunoteraapiat kasutades teevad arstid osa tööst
organismi eest ära ning selle tulemuseks on efektiivsem ja kiirem
immuunvastus
Lisalugemine
DRACO – supervalk, mis peatab kõik
viirused?
Todd Rider (USA) 2012.a.
Idee – hävitada meie keha rakk (viia apoptoosi),
milles tekivad viiruse kaheahelalised pikad RNA
molekulid (vaja ära tunda).
DRACO (15 varianti) – koosneb mitmest valgust tunneb ära ja käivitab apoptoosi. Katsed hiirtega väga
edukad – sobis igat tüüpi viiruste hävitamiseks.
Ravimi väljatöötamiseks kulub veel u 10 aastat.
GM-kanad peatavad linnugripi?
• Kanade geene on muudetud nii, et seal
oleks viiruse RNA-le sarnaseid (peibutisi),
millega nüüd viirused polümeraas seostub
ja tulemust ei ole, viirusosakesi ei teki.
• 2011.a edukad katsed.
• Peamine tulemus: need kanad ei kanna
enam viirust teistele edasi ja epideemiad
jäävad ära.
Lisalugemine
Viiruste hävitamine laseriga
•
•
•
A study by Kong-Thon Tsen of Arizona State University along with researchers at Johns
Hopkins University shows how strong blasts of visible light from a low-power laser can kill
viruses. The laser technique appears to be more successful than other methods at killing
viruses, while also posing less harm to healthy tissue.
In their study, the researchers blasted a virus with a quick pulse of purple laser light. The
laser, which only shines for 100 femtoseconds (a femtosecond is one millionth of a
billionth of a second), causes the virus's capsid (its outer shell) to vibrate and become
damaged. Essentially, the virus becomes "deactivated" while the area around the virus
remains unharmed. The treatment doesn't cause viruses to mutate either, which is a
problem in other virus treatments and can lead to viral resistance.
While the treatment is still in testing, it presents an array of potential applications. Serious
diseases like HIV/AIDSand hepatitis could be blasted with laser light. Scientists could
cleanse blood samples of viruses and other pathogens, making them safer to handle.
Scientists could also combine the laser therapy with current blooddialysis treatments. In
that case, blood would be cycled out of a patient's body, lasers could eliminate any
pathogens in the blood and the blood would be cycled back in.
Mõned viirused põhjustavad kasvajaid:
Papilloomiviirus – emakakaela vähki,
soolatüükaid, konnasilmi,
.
Kuidas
papilloomiviirus muudab raku kasvajarakuks?
Viirus võib olla onkogeeni eelmisest rakust kaasa võtnud.
Papilloomiviirustega nakatumisel siseneb viiruse DNA epiteelraku tuuma
ning hakkab seal paljunema. Viiruste DNA võib lülituda raku enda
kromosoomidesse ja nakatunud rakk hakkab tootma onkovalke, mis
sunnivad raku kiiremini kasvama ja paljunema ning seetõttu muutuvad
epiteelirakud kasvajarakkudeks.
Selline protsess ei toimu koheselt pärast viiruse rakutuuma sisenemist, vaid
see toimub siis, kui naise immuunsüsteem pole aastate jooksul viirusest
vabaneda suutnud.
HTLV – 1 põhjustab verevähki
• Inimese papilloomiviirus (HPV) on sageliesinev
viirus, millesse nakatuvad nii naised kui mehed.
• On olemas üle 100 HPV tüübi. Suurem osa neist
põhjustavad emakakaelavähki, kondüloome ja
muutusi emakakaela rakkude arengus. Mõned
HPV tüübid põhjustavad kätel ja jalgadel sageli
esinevaid tüükaid.
• Enamus HPV tüüpe ei põhjusta häireid ega
haigusnähte, ja taanduvad ilma ravita.
Lisalugemiseks viiruste klassifikatsioon
•
6 major groups, based on the nature of the genome:
•
1. Double-stranded DNA (dsDNA): there are no plant viruses in this group, which is defined to include only those
viruses that replicate without an RNA intermediate (see Reverse-transcribing viruses, below). It includes those
viruses with the largest known genomes (up to about 400,000 base pairs) and there is only one genome component,
which may be linear or circular. Well-known viruses in this group include the herpes and pox viruses.
•
2. Single-stranded DNA (ssDNA): there are two families of plant viruses in this group
•
3. Reverse-transcribing viruses: these have dsDNA or ssRNA genomes and their replication includes the
synthesis of DNA from RNA by the enzyme reverse transcriptase; many integrate into their host genomes. The
group includes the retroviruses, of which Human immunodeficiency virus (HIV), the cause of AIDS, is a member.
There is a single family of plant viruses in this group and this is characterised by a single component of circular
dsDNA, the replication of which is via an RNA intermediate.
•
•
4. Double-stranded RNA (dsRNA): some plant viruses and many of the mycoviruses .
5. Negative sense single-stranded RNA (ssRNA-): in this group, some or all of the genes are translated into
protein from an RNA strand complementary to that of the genome (as packaged in the virus particle). There are
some plant viruses in this group and it also includes the viruses that cause measles, influenza and rabies.
•
6. Positive sense single-stranded RNA (ssRNA+): the majority of plant viruses are included in this group. It
also includes the SARS coronavirus and many other viruses that cause respiratory diseases (including the
"common cold"), and the causal agents of polio and foot-and-mouth disease.
•
•
•
•
•
Within each of these groups, many different characteristics are used to classify the viruses into families, genera and
species. Typically, a combination of characters are used and some of the most important are:
Particle morphology: the shape and size of particles as seen under the electron microscope.
Genome properties: this includes the number of genome components and the translation strategy. Where genome
sequences have been determined, the relatedness of different sequences is often an important factor in
discriminating between species.
Biological properties: this may include the type of host and also the mode of transmission.
Serological properties: the relatedness (or otherwise) of the virion protein(s).